Индукционный ускоритель

Изобретение относится к области ядерной физики, а именно к приборам с магнитными управляющими элементами для ускорения и фокусировки заряженных частиц, и предназначено для получения потока электронов больших энергий. Технический результат - увеличение энергии ускорения заряженных частиц с одновременным повышением технологичности конструкции устройства путем оптимизации системы, создающей переменное магнитное поле. Индукционный ускоритель содержит вакуумную камеру, выполненную в виде участка кольцевой трубы, с размещенными в ней источником заряженных частиц и мишенью, а также систему, создающую переменное магнитное поле и обеспечивающую выполнение бетатронного условия. Упомянутая система выполнена в виде токопроводящих цилиндров параболической формы. Токопроводящие цилиндры могут быть многослойными - набранными из тонких токопроводящих лент, отделенных друг от друга слоями изолятора. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области ядерной физики, а именно к приборам с магнитными управляющими элементами для ускорения и фокусировки заряженных частиц, и предназначено для получения потока электронов больших энергий.

Из уровня техники известен электронный магнитный спектрометр (RU 2338295, МПК H01J 49/48, опубл. 10.11.2008), содержащий вакуумную камеру, энергоанализатор в виде круговых электрических контуров, щелевую диафрагму и детектор электронов. При этом электрические контуры энергоанализатора выполнены с возможностью создания в вакуумной камере магнитного поля, зависящего от радиуса орбиты электронов. Недостатком конструкции прибора является отсутствие возможности ускорения электронов в процессе их движения внутри вакуумной камеры.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является ускоритель заряженных частиц (RU 2531808, МПК H01J 21/18, H01J 33/00, G21K 1/00), опубл. 27.10.2014), содержащий вакуумную камеру с размещенными в ней источником заряженных частиц и мишенью, систему, создающую переменное магнитное поле. При этом вакуумная камера имеет форму участка кольцевой трубы, на торцах которого находятся источник заряженных частиц и мишень, система, создающая переменное магнитное поле, выполнена в виде электрических контуров, соединенных с высокочастотным генератором переменного тока, с возможностью получения фокусирующего и одновременно ускоряющего переменного магнитного поля, зависящего от радиуса орбиты заряженных частиц.

Укажем следующие значительные недостатки прототипа:

- радиальные магнитные силы, действующие на катушки с током, ограничивают величину создаваемого магнитного поля и, как следствие, достижимую энергию ускорения;

- нерационально обеспечивать указанную конфигурацию поля вдоль всей траектории по окружности радиуса, поскольку генерация, ускорение и фокусировка осуществляются в области поля, ограниченной аксиальным углом, составляющим ~π/≈127°;

- катушки с током, создающие магнитное поле, обладают значительной индуктивностью, что затрудняет получение высокочастотных полей;

- обеспечение точного позиционирования катушек с током для выполнения бетатронного условия требует использования прецизионных механизмов и сложной системы управления.

Целью заявленного изобретения является увеличение энергии ускорения заряженных частиц с одновременным повышением технологичности конструкции устройства путем оптимизации системы, создающей переменное магнитное поле.

Поставленная цель решена за счет того, что индукционный ускоритель содержит вакуумную камеру, выполненную в виде участка кольцевой трубы, с размещенными в ней источником заряженных частиц и мишенью, а также систему, создающую переменное магнитное поле и обеспечивающую выполнение бетатронного условия, при этом упомянутая система выполнена в виде токопроводящих цилиндров параболической формы. Токопроводящие цилиндры могут быть многослойными - набранными из тонких токопроводящих лент, отделенных друг от друга слоями изолятора.

Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой совокупностью конструктивных признаков, является значительное снижение индуктивности токопроводящих цилиндров, а также сил, действующих на них, и потерь от вихревых токов, что в целом упрощает задачу получения высокочастотных магнитных полей в устройстве.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан вид устройства сверху, на фиг. 2 - разрез по линии Α-A на фиг. 1.

Индукционный ускоритель содержит вакуумную камеру 1, выполненную в виде участка кольцевой трубы с рабочим объемом, ограниченным аксиальным углом ~π/. В камере размещены источник заряженных частиц 2 и мишень 3. Источник заряженных частиц выполнен в виде соосных цилиндров с кромками в виде лезвий, а система, создающая переменное магнитное поле и обеспечивающая выполнение бетатронного условия, представляет собой токопроводящие цилиндры 4, 5 и 6 параболической формы. Как было указано выше, токопроводящие цилиндры могут быть выполнены многослойными, например набранными из тонких токопроводящих лент, отделенных друг от друга слоями изолятора.

Индукционный ускоритель работает следующим образом.

При прохождении высокочастотного тока через систему, создающую переменное магнитное поле, токопроводящие цилиндры 4 и 5 в рабочей области вакуумной камеры 1, ограниченной аксиальным углом ~π/≈127°, обеспечивают создание фокусирующего магнитного поля, спадающего пропорционально расстоянию ρ по закону В~ρ^~α, где α=0,67÷0,75, a токопроводящим цилиндром 6 создается магнитное поле, обеспечивающее выполнение бетатронного условия. Электрическое поле, индуцированное возрастающим магнитным полем, порождает эмиссию заряженных частиц с кромок соосных цилиндров источника 2 и ускорение потока заряженных частиц в процессе движения до мишени 3. Устройство осуществляет генерацию и импульсное ускорение и фокусировку потока заряженных частиц 7 на мишени 3 в интервалы времени, соответствующие возрастанию магнитного поля.

Изобретение позволяет, по сравнению с прототипом, на порядок увеличить амплитудное значение величины магнитного поля до 10 Τ и, как следствие, значительно увеличить энергию ускорения частиц.

1. Индукционный ускоритель, содержащий вакуумную камеру, выполненную в виде участка кольцевой трубы, с размещенными в ней источником заряженных частиц и мишенью, а также систему, создающую переменное магнитное поле и обеспечивающую выполнение бетатронного условия, отличающийся тем, что упомянутая система выполнена в виде токопроводящих цилиндров параболической формы.

2. Индукционный ускоритель по п. 1, отличающийся тем, что токопроводящие цилиндры выполнены многослойными.

3. Индукционный ускоритель по п. 2, отличающийся тем, что токопроводящие цилиндры набраны из тонких токопроводящих лент, отделенных друг от друга слоями изолятора.